Мало кто знает, что математические основы информатики и вычислительной техники появились еще в Российской империи. Кто придумал первый русский ЭВМ, что такое БЭСМ, кому выгодна машина вместо пролетариата и почему в стране нет ни одного значимого производителя компьютеров - T&P публикуют главу из книги Лорена Грэхэма «Сможет ли Россия конкурировать?» , выпущенной в издательстве «Манн, Иванов и Фербер».

Русские были пионерами и в области разработки вычислительных устройств, электронных вычислительных машин (ЭВМ), математических основ информатики. В последние годы существования Российской империи русские инженеры и ученые сделали важные шаги на пути развития вычислительных устройств. В советский период целая групп математиков, среди них Владимир Котельников, Андрей Колмогоров, Израиль Гельфанд и другие, внесли существенный вклад в развитие теории информации. Советские ученые и инженеры создали первую цифровую электронную вычислительную машину в континентальной Европе. Когда американские и советские инженеры начали сотрудничать в области освоения космоса, в некоторых случаях советские инженеры «считали» задачи гораздо быстрее своих американских коллег. Однако в последующие годы интерес к ЭВМ все больше переходил в коммерческую плоскость, и Советский Союз не выдержал конкуренции. Советские ученые, работавшие в области вычислительных технологий, были вынуждены оставить свои разработки и принять стандарты IBM. Сегодня на международном рынке не представлено ни одного значительного компьютерного производителя из России.

«Немногие на Западе знают, что двумя годами ранее русский логик Виктор Шестаков выдвинул похожую теорию релейно-контактных схем, основанную на булевой алгебре, но опубликовал он свою работу только в 1941 году»

Русские довольно рано начали проявлять научную активность в области разработки вычислительных машин, теории информации и компьютеров. Еще до революции 1917 года русские инженеры и ученые существенно продвинулись в этой области. Русский морской инженер и математик Алексей Крылов (1863–1945) интересовался применением математических методов в судостроении. В 1904 году он создал автоматическое устройство для решения дифференциальных уравнений. Другой молодой инженер, Михаил Бонч-Бруевич (1888–1940), также работавший в Санкт-Петербурге, занимался вакуумными лампами и их применением в радиотехнике. Около 1916 года он изобрел одно из первых двухпозиционных реле (так называемое катодное реле) на основе электрической цепи с двумя катодными трубками.

Одним из пионеров теории информации на Западе был Клод Шеннон. В 1937 году в Массачусетском технологическом институте он защитил магистерскую диссертацию, в которой продемонстрировал, что комплексы реле в совокупности с двоичной системой счисления могут применяться для решения проблем булевой алгебры. Результаты научных работ Шеннона составляют основу теории цифровых сетей для ЭВМ. Но немногие на Западе знают, что двумя годами ранее, в 1935-м, русский логик Виктор Шестаков выдвинул похожую теорию релейно-контактных схем, основанную на булевой алгебре, но опубликовал он свою работу только в 1941 году, через четыре года после Шеннона. Ни Шеннон, ни Шестаков ничего не знали о работах друг друга.

Первая электронная вычислительная машина в континентальной Европе была создана в обстановке секретности в 1948–1951 годах в местечке под названием Феофания возле Киева. До революции здесь был монастырь, окруженный дубравами и цветущими лугами, изобиловавшими ягодами, грибами, здесь водились дикие звери и птицы. В ранние годы советской власти в монастырских зданиях разместилась психиатрическая лечебница. Превращение религиозных учреждений в исследовательские или медицинские заведения было довольно частой практикой в советском государстве. Во время Второй мировой войны все пациенты лечебницы были убиты или пропали без вести, а здания разрушены. Весной и осенью дорогу к этому местечку развозило так, что по ней было невозможно проехать. Да и в хорошую погоду приходилось трястись по кочкам. В 1948 году полуразрушенные здания были переданы инженеру-электротехнику Сергею Лебедеву для создания электронной вычислительной машины. В Феофании Лебедев, 20 инженеров и 10 помощников разработали Малую электронно-счетную машину (МЭСМ) - одну из самых быстрых ЭВМ в мире, обладавшую многими интересными характеристиками. Ее архитектура была полностью оригинальна и не походила на архитектуру американских ЭВМ, которые единственные в мире превосходили ее на тот момент.

«Обычно он уносил свои бумаги и свечу в ванную комнату, где часами писал единицы и нули»

Алиса Григорьевна Лебедева о жизни своего супруга, основоположника вычислительной техники в СССР Сергея Лебедева, в Москве в 1941 году во время бомбежек немецкой авиации.

Сергей Лебедев родился в 1902 году в Нижнем Новгороде (позднее переименованном в Горький, не так давно ему было возвращено прежнее историческое имя). Его отец был школьным учителем, его часто переводили с места на место, так что детство и юность Сергея прошли в разных городах, в основном на Урале. Затем отца перевели в Москву, и там Сергей поступил в Московское высшее техническое училище имени Баумана, известное сегодня как Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана. Там Лебедев заинтересовался техникой высоких напряжений - областью, требовавшей хорошей математической подготовки. По окончании учебы он работал преподавателем в Бауманском университете, занимался исследовательской работой в Лаборатории электрических сетей. Лебедев был заядлым альпинистом и позднее назвал один из своих компьютеров в честь высочайшей вершины Европы Эльбруса, которую он успешно покорил.

В конце 1930-х годов Лебедев заинтересовался двоичной системой счисления. Осенью 1941 года, когда Москва погружалась в полную темноту, спасаясь от налетов фашистской авиации, его супруга-музыкант вспоминала, что «обычно он уносил свои бумаги и свечу в ванную комнату, где часами рисовал единицы и нули». Позднее во время войны его перевели в Свердловск (ныне Екатеринбург), где он работал на военную промышленность. Лебедеву требовалась вычислительная машина, способная решать дифференциальные и интегральные уравнения, и в 1945 году он создал первую в России электронную аналоговую вычислительную машину. При этом у него уже была идея создания цифровой ЭВМ на основе двоичной системы счисления. Что интересно, насколько нам известно, в то время он не был знаком с научными разработками в этой области ни своего соотечественника Шестакова, ни американца Клода Шеннона.

Освоение первых персональных ЭВМ на кафедре «Электрические системы и сети» СПбГПУ

В 1946 году Лебедева перевели из Москвы в Киев, где он начал работу над ЭВМ. В 1949 году Михаил Лаврентьев, ведущий математик, член Академии наук УССР, который был знаком с работами Лебедева, написал Сталину письмо с просьбой поддержать работы в области вычислительной техники, подчеркнув при этом их важность для обороны страны. Сталин поручил Лаврентьеву создать лабораторию моделирования и вычислительной техники. Возглавить эту лабораторию Лаврентьев пригласил Лебедева. У Лебедева появились финансирование и статус. В то же время приказ Сталина демонстрировал роль политической власти - а фактически значимость одного человека - в продвижении технологий в Советском Союзе.

Лебедев разработал МЭСМ всего через три или четыре года после создания первого в мире электронного компьютера ENIAC в США и одновременно с британским EDSAC. К началу 1950-х годов МЭСМ использовалась для решения задач в области ядерной физики, комических полетов, ракетостроения, а также передачи электроэнергии.

В 1952 году вслед за созданием МЭСМ Лебедев разработал еще одну вычислительную машину - БЭСМ (сокращение от Большая (или Быстродействующая) электронно-счетная машина). Это была самая быстродействующая ЭВМ в Европе, по крайней мере в течение некоторого периода, способная составить конкуренцию лучшим мировым разработкам в этой области. Это был триумф. БЭСМ-1 была выпущена в единственном экземпляре, но уже следующие модели, особенно БЭСМ-6, производились сотнями и использовались для разных целей. Производство БЭСМ-6 было прекращено в 1987 году. В 1975-м в ходе совместного космического проекта «Союз - Аполлон» советские специалисты обработали параметры орбиты «Союза» на БЭСМ-6 быстрее американцев.

Но после столь многообещающего старта в области вычислительной техники Россия сегодня отстает от лидеров отрасли. Понять причину этого провала можно, только проанализировав историю развития отрасли, принимая во внимание социальные и экономические факторы, повлиявшие на ее трансформацию. В ведущих западных странах область вычислительной техники после Второй мировой войны формировалась под действием трех главных движущих сил: научного сообщества, государства (в части военного применения) и деловых кругов. Роль научного сообщества и правительства была особенно важна на начальном этапе, роль бизнеса проявилась позднее. Область вычислительной техники в Советском Союзе была успешна до тех пор, пока разработка этих устройств преимущественно зависела от достижений научной мысли и государственной поддержки. Поддержка вычислительных технологий со стороны государства была безграничной, если они использовались для нужд противовоздушной обороны или исследований в области ядерного оружия. Однако затем главной движущей силой на Западе стал бизнес. Символически этой переходной точкой является решение компании General Electric в 1955 году закупить вычислительные машины IBM 702 для автоматизации работ с платежными ведомостями и другими документами на своем заводе в Скенектади и решение Bank of America в 1959 году автоматизировать процессы (с использованием компьютера ERMA, созданного в Стэнфордском научно-исследовательском институте).

«Концепция кибернетики противоречит теории диалектического материализма Маркса, и охарактеризовал компьютерную науку как особенно вредоносную попытку западных капиталистов извлечь больше прибыли, заменив рабочих»

Эти решения ознаменовали начало масштабной компьютеризации банковской и деловой сферы. В 1960–1970-х годах электронные вычислительные машины стали коммерческими продуктом, это повлекло за собой снижение их стоимости, усовершенствования в части простоты использования, которых требовал рынок. Советский Союз со своей плановой экономикой, централизованным неконкурентным рынком не мог идти в ногу с происходящими технологическими усовершенствованиями. В результате в 1970-х годах СССР отступил от изначально впечатляющей попытки развиваться собственным независимым курсом в области вычислительной техники и принял стандарты компании IBM. С этого момента в области компьютерных технологий русские оказались и продолжают оставаться на позициях догоняющих и никогда больше не выбивались в лидеры. Сергей Лебедев умер в 1974 году. Другой ведущий ученый, разработчик первых советских ЭВМ Башир Рамеев, глубоко сожалел о решении перенять архитектуру IBM вплоть до своей смерти в 1994 году. Советскую отрасль вычислительной техники подвел не недостаток знаний в этой области, ее подкосила неодолимая сила рынка.

Еще одним фактором, хотя в данном конкретном случае и не определяющим, была идеология. В 1950-х годах советские идеологи относились к кибернетике очень скептически, называли ее «наукой мракобесов». В 1952 году один из философов-марксистов заклеймил эту область знаний как «псевдонауку», подвергнув сомнению утверждение, что компьютеры могут помочь объяснить человеческую мысль или социальную деятельность. Еще в одной статье, опубликованной через год и озаглавленной «Кому служит кибернетика?», анонимный автор, выступивший под псевдонимом «Материалист», заявил, что концепция кибернетики противоречит теории диалектического материализма Маркса, и охарактеризовал компьютерную науку как особенно вредоносную попытку западных капиталистов извлечь больше прибыли, заменив рабочих, которым надо платить жалованье, машинами.

Хотя подобные идеологические обвинения теоретически могли оказать негативное влияние на развитие вычислительной техники в СССР, разработка ЭВМ, учитывая заинтересованность в них военно-промышленного комплекса, продолжалась теми же темпами8. Как сказал мне в 1960 году один из советских ученых в этой области, «мы занимались кибернетикой, просто не называли ее кибернетикой». Более того, в конце 1950-х - начале 1960-х годов в Советском Союзе произошел поворот на 180 градусов в отношении кибернетики, ее начали превозносить как науку, служащую целям советского государства.

В 1961 году даже вышел сборник под названием «Кибернетику - на службу коммунизму». Во многих российских университетах открылись факультеты кибернетики. Более серьезная политическая угроза для развития вычислительной техники в СССР возникла с появлением персональных компьютеров. Советскому руководству нравились компьютеры, пока они были огромными блоками в центральных правительственных, военных и промышленных ведомствах, но с гораздо меньшим энтузиазмом оно отнеслось к тому, что компьютеры переместились в частные квартиры и обычные граждане получили возможность использовать их для бесконтрольного распространения информации. В попытке осуществить контроль над передачей информации государство уже давно запретило простым гражданам иметь в собственности принтеры и копировальные аппараты. Персональный компьютер с принтером был равнозначен маленькому печатному станку. Но что могли поделать с этим советские власти?

Самые острые дебаты среди членов советского руководства по поводу компьютеров происходили в середине и конце 1980-х годов. В 1986-м я обсуждал эту проблему с ведущим советским ученым в этой области Андреем Ершовым. Он был откровенен, согласившись, что стремление Коммунистической партии обладать контролем над информацией препятствует развитию компьютерной отрасли. Затем сказал следующее: «Наше руководство еще не определилось, на что похож компьютер: на печатный станок, печатную машинку или телефон, - и многое будет зависеть от этого решения. Если они решат, что компьютеры похожи на печатные станки, то захотят продолжить контролировать отрасль так же, как сейчас они контролируют все печатные станки. Гражданам запретят их покупать, они будут только в учреждениях. С другой стороны, если наше руководство решит, что компьютеры похожи на печатные машинки, их позволят иметь гражданам, власти не будут стремиться контролировать каждый аппарат, хотя могут попытаться взять под контроль распространение информации, которая производится с их помощью. И в конце концов, если руководство решит, что компьютеры похожи на телефоны, они появятся у большинства граждан, и те смогут делать с ними все, что захотят, но онлайновая передача данных будет время от времени проверяться.

«Сегодня в России нет ни одной компании - производителя вычислительной техники, которая являлась бы значительным игроком на международном рынке, несмотря на то что русские могут с полным правом утверждать, что были в числе пионеров в области»

Я убежден, что в итоге государству придется позволить, чтобы граждане владели персональными компьютерами и сами их контролировали. Более того, станет очевидно, что персональные компьютеры не похожи ни на какие предыдущие коммуникационные технологии: ни на печатные станки, ни на печатные машинки, ни на телефоны. Наоборот, они являются абсолютно новым видом технологий. Вскоре наступит время, когда любой человек в любой точке мира сможет практически беспрерывно общаться с любым другим человеком в любой точке мира. Это будет настоящей революцией - не только для Советского Союза, но и для вас тоже. Но здесь ее последствия будут самыми значительными».

Это высказывание наглядно подтверждает, какой сложной проблемой для советского государства были компьютеры. Однако этот вопрос быстро потерял свою актуальность. Через пять лет после этого нашего разговора с Ершовым Советский Союз распался, а вместе с этим прекратился и контроль над коммуникационными технологиями (однако это не коснулось контроля над средствами массовой информации, в частности над телевидением). В современной России компьютерная отрасль так и не наверстала отставание, которое она переживала в последние годы советского государства. Как мы видели, это отставание было вызвано в большей степени неспособностью конкурировать в условиях рынка, нежели политическим контролем, хотя последний и сыграл определенную роль. Сегодня в России нет ни одной компании - производителя вычислительной техники, которая являлась бы значительным игроком на международном рынке, несмотря на то что русские могут с полным правом утверждать, что были в числе пионеров в области развития вычислительных технологий.

Когда появились первые компьютеры? Дать ответ на этот вопрос не так просто, поскольку нет одной единственно правильной классификации электронно-вычислительных машин, а также формулировок, что можно к ним относить, а что - нет.

Первое упоминание

Само слово "компьютер" было впервые документировано в 1613 году и означало человека, который выполняет расчеты. Но в XIX веке люди поняли, что машина никогда не устает работать, и она может выполнять работу гораздо быстрее и точнее.

Чтобы начать отсчет эры вычислительных машин, чаще всего берут 1822 год. Первый компьютер изобрел английский математик Чарльз Бэббидж. Он создал концепцию и приступил к изготовлению разностной машины, которая считается первым автоматическим устройством для вычислений. Она была способна подсчитывать несколько наборов чисел и делать распечатку результатов. Но, к сожалению, из-за проблем с финансированием Бэббидж так и не смог завершить ее полноценную версию.

Но математик не сдавался, и в 1837 году он представил первый механический компьютер, названный аналитической машиной. Это был самый первый компьютер общего назначения. В это же время началось его сотрудничество с Адой Лавлейс. Она переводила и дополняла его труды, а также сделала первые программы для его изобретения.

Аналитическая машина состояла из таких частей: арифметико-логического устройство, блок интегрированной памяти и устройство для контроля движения данных. Из-за денежных трудностей она также не был завершена при жизни ученого. Но схемы и разработки Бэббиджа помогли другим ученым, которые создавали первые компьютеры.

Спустя почти 100 лет

Как ни странно, за целый век вычислительные машины почти не продвинулись в своем развитии. В 1936-1938 годах немецкий ученый Конрад Цузе создал Z1 - это первый электромеханический программируемый двоичный компьютер. Тогда же, в 1936 году, Алан Тьюринг построил машину Тьюринга.

Она стала основой для дальнейших теорий о компьютерах. Машина эмулировала действия человека, следующего списку логических указаний, и печатала результат работы на бумажной ленте. Аппараты Цузе и Тьюринга — это первые компьютеры в современном понимании, без которых не появились бы компьютеры, к которым мы привыкли сегодня.

Все для фронта

Вторая мировая война повлияла и на развитие ЭВМ. В декабре 1943 году компания Tommy Flowers представила засекреченную машину под названием «Коллос», которая помогала британским агентам взламывать шифры немецких сообщений. Это был первый полностью электрический программируемый компьютер. О его существовании широкая общественность узнала лишь в 70-х годах. С тех пор ЭВМ привлекли внимание не только ученых, но и министерств обороны, которые активно поддерживали и финансировали их разработку.

Насчет того, какой цифровой компьютер считать первым, идут споры. В 1937-1942 годах профессор Айовского университета Джон Винсент Атанасов и Клифф Берри (аспирант) разрабатывали свой компьютер ABC. А в 1943-1946 Дж. Преспер Эккерт и Д. Мокли, ученые Пенсильванского университета, построили мощнейший ENIAC весом в 50 тонн. Таким образом, Атанасов и Берри создали свою машину раньше, но поскольку она так никогда и не была полностью функционирующей, то часто звание «самый первый компьютер» достается ENIAC.

Первые коммерческие образцы

С огромными габаритами и сложностью конструкции компьютеры были доступны только военным ведомствам и крупным университетам, которые собирали их самостоятельно. Но уже в 1942 г. К. Цузе начал работу над четвертой версией своего детища - Z4, и в июле 1950 года продал его шведскому математику Эдуарду Стиефелю.

А первые компьютеры, которые начали выпускаться массово, это модели с лаконичным названием 701, произведенные IBM 7 апреля 1953 года. Всего их было продано 19701 штук. Конечно же, это все еще были машины, предназначенные только для крупных учреждений. Для того чтобы стать действительно массовыми, им нужно было еще несколько важных совершенствований.

Так, в 1955 году 8 марта заработал «Вихрь» — компьютер, который был изначально задуман во времена Второй мировой войны в качестве тренажера для пилотов, но к моменту своего создания подоспевший к началу Холодной войны. Тогда он стал основой для разработки SAGE - подсистемы противовоздушной обороны, разработанной для автоматического наведения на цель самолетов-перехватчиков. Ключевыми особенностями «Вихря» стали наличие оперативной памяти объемом 512 байт и вывод графической информации на экран в режиме реального времени.

Технику в массы

Компьютер TX-O, представленный в 1956 году в Массачусетском технологическом институте, был первым, в котором использовались транзисторы. Это позволило сильно уменьшить стоимость и габариты техники.

Затем команда ученых, которые занимались разработкой TX-O, покинула институт, основала компанию Digital Equipment Corporation и в 1960 году представила компьютер PDP-1, начавший эру миникомпьютеров. Их размер был не больше одной комнаты или даже шкафа, и они были предназначены для более широкого круга клиентов.

Ну а первые компьютеры-десктопы стала выпускать компания Hewlett Packard в 1968 году.

Сегодняшние персональные компьютеры сильно отличаются от массивных, неуклюжих устройств, возникших во время Второй мировой войны, и разница не только в их размерах. «Отцы» и «деды» современных десктопов и лэптопов не умели многое из того, с чем играючи справляются современные машины. Однако самый первый компьютер в мире стал прорывом в области науки и техники . Устраивайтесь поудобнее перед монитором, и мы расскажем о том, как зарождалась эпоха ПК.

Кто создал самый первый компьютер в мире

В 40-е годы прошлого столетия существовали сразу несколько устройств, которые могут претендовать на звание первого компьютера.

Z3

Конрад Цузе

Ранний компьютер, созданный немецким инженером Конрадом Цузе, который работал в полной изоляции от разработок других ученых. Он имел отдельный блок памяти и отдельную консоль для ввода данных. А в качестве их носителя выступала восьмидорожечная перфокарта, изготовленная Цузе из 35 мм кинопленки.

В машине было 2600 телефонных реле и ее можно было свободно программировать в двоичном коде с плавающей точкой. Аппарат Z3 использовался для аэродинамических расчетов, но был уничтожен при бомбежке Берлина в конце 1943 года. Цузе руководил реконструкцией своего детища в 1960-х годах, и сейчас эта программируемая машина демонстрируется в музее Мюнхена.

Устройство «Марк 1» задуманное профессором Говардом Эйкеном и выпущенное IBM в 1941 году, представляло собой первый в Америке программируемый компьютер. Машина стоила полмиллиона долларов, и применялась для разработки оборудования для ВМФ США, такого как торпеды и средства подводного обнаружения. Также «Марк 1» использовали при разработке имплозионных устройств для атомной бомбы.

Именно «Марк 1» можно назвать самым первым компьютером в мире. Его характеристики в отличие от немецкого Z3, позволяли выполнять вычисления в автоматическом режиме, не требуя вмешательства человека в процесс работы.

Atanasoff-Berry Computer (ABC)

В 1939 году профессор Джон Винсент Атанасов получил средства для создания машины, названной Atanasoff-Berry Computer (ABC). Она была спроектирована и собрана Атанасовым и аспирантом Клиффордом Берри в 1942 году. Однако устройство ABC не имело широкой известности до патентного спора, связанного с изобретением компьютера. Он был разрешен лишь в 1973 году, когда было доказано, что соавтор ENIAC Джон Мокли видел компьютер ABC вскоре после того, как тот стал функциональным.

Юридический результат судебных тяжб был знаковым: Атанасов был объявлен инициатором нескольких основных компьютерных идей, но компьютер как концепция был объявлен непатентоспособным и, следовательно, свободно открыт для всех разработчиков. Полномасштабная рабочая копия ABC была завершена в 1997 году, доказав, что машина ABC функционировала так, как утверждал Атанасов.

ENIAC

ENIAC

ENIAC разрабатывался двумя учеными из Пенсильванского университета — Джоном Эккертом и Джоном Мокли. Он мог решать «широкий спектр числовых задач» путем перепрограммирования. Хотя машина была предъявлена публике уже после войны, в 1946 году, она была важна для расчетов во время последующих конфликтов, таких как «Холодная война» и Корейская война. Она использовалась для вычислений при создании водородной бомбы, инженерных расчетов и создания таблиц стрельбы. А также делала прогнозы погоды в СССР, чтобы американцы знали, куда могут выпасть радиоактивные осадки в случае ядерной войны.

В отличие от «Марк 1» с его электромеханическими реле, в «ЭНИАКе» были вакуумные лампы. Считается, что ENIAC провел больше расчетов за свои десять лет эксплуатации, чем все человечество до этого времени.

EDSAC

EDSAC

Первый компьютер с хранимым в памяти программным обеспечением назывался EDSAC. Он был собран в 1949 году в Кембриджском университете. Проект по его созданию возглавлял профессор Кембриджа и директор Лаборатории вычислительных исследований Кембриджа Морис Уилкс.

Одним из основных достижений в программировании было использование Уилксом библиотеки коротких программ под названием «подпрограммы». Она хранилась на перфокартах и ​​использовалась для выполнения общих повторяющихся вычислений в рамках программы lager.

Как выглядел первый компьютер в мире

Американский «Марк 1» был огромен, занимая в длину свыше 17 метров, а в высоту — свыше 2.5 метра. Машина, в оболочке из стекла и нержавеющей стали, весила 4,5 тонны, а общая протяженность ее соединительных проводов чуть-чуть не дотягивала до 800 км. За синхронизацию основных вычислительных модулей отвечал пятнадцатиметровый вал, который приводил в движение электродвигатель мощностью 4 кВт.

Марк 1 в музее IBM

Еще тяжелее, чем «Марк 1», был «ЭНИАК». Он весил 27 тонн, и требовал 174 кВт электроэнергии. Когда его включали, городские огни тускнели. Машина не имела ни клавиатуры ни монитора, занимала площадь в 135 кв.м и была обвита километрами проводов. Чтобы получить представление о внешнем виде «ЭНИАКа» представьте себе длинный ряд металлических шкафов, которые сверху донизу заставлены лампочками. Поскольку качественного охлаждения у компьютера тогда еще не было, в помещении, где он находился, было очень жарко, и «ЭНИАК» давал сбои.

ENIAC

В СССР не желали отставать от Запада и вели свои разработки по созданию ЭВМ. Результатом усилий советских ученых стала (МЭСМ). Ее первый запуск состоялся в 1950 году. В МЭСМ использовались 6 тысяч ламп, она занимала площадь в 60 кв. м и требовала для работы мощности до 25 кВт.

МЭСМ

Устройство могло выполнять до 3 тысяч операций в секунду. МЭСМ применялась для сложных научных вычислений, затем ее использовали как учебное пособие, а в 1959 году машину разобрали.

В 1952 году у МЭСМ появилась старшая сестра — (БЭСМ). Количество электронных ламп в ней возросло до 5 тысяч, выросло и количество операций в секунду — от 8 до 10 тысяч.

БЭСМ

Первый в мире коммерческий компьютер

Представленный в США в 1951 году, можно назвать первым компьютером, предназначенным для коммерческого использования.

Он прославился после того, как использовал данные опроса 1% населения, имеющего право голоса, чтобы правильно предсказать, что генерал Дуайт Эйзенхауэр выиграет выборы 1952 года. Когда люди поняли возможности компьютерной обработки данных, многие предприятия начали приобретать эту машину для своих нужд.

Самый первый персональный компьютер в мире

Впервые термин «персональный компьютер» был применен к творению итальянского инженера Пьера Джорджио Перотто под названием Programma 101 . Выпустила его фирма Olivetti.

Programma 101

Стоило устройство 3200 долларов и разошлось тиражом около 44 000 экземпляров. Десять штук купило NASA, чтобы использовать для расчетов посадки Apollo 11 на Луну в 1969 году. Сеть ABC (American Broadcasting Company) использовала Programma 101 для прогнозирования президентских выборов 1968 года. Американские военные использовали его для планирования своих операций во время войны во Вьетнаме. Он также закупался для школ, больниц и правительственных учреждениях и отмечал начало эпохи быстрого развития и продаж ПК.

Первый домашний компьютер массового производства за рубежом

В 1975 году в одном из выпусков журнала « Популярная электроника» появилась статья о новом компьютерном наборе — Altair 8800. В течение нескольких недель после появления устройства клиенты наводнили его производителя, компанию MITS, заказами. Машина была оснащена 256-байтовой памятью (расширяемой до 64 Кб) и универсальной интерфейсной шиной, которая превратилась в стандарт «S-100», широко используемый в любительских и персональных компьютерах той эпохи.

«Альтаир 8800» можно было купить за 397 долларов. После покупки владельцу-радиолюбителю нужно было самостоятельно паять и проверять работоспособность собранных узлов. На этом трудности не заканчивались, предстояло еще освоить написание программ с помощью нулей и единиц. У Altair 8800 не было клавиатуры или монитора, жесткого диска и дисковода. Чтобы ввести нужную программу пользователь щелкал тумблерами на передней панели устройства. А проверка результатов осуществлялась путем наблюдения за лампочками, мигающими на передней панели.

А в 1976 году «на свет» появился первый компьютер Apple , разработанный и изготовленный вручную Стивом Возняком и рекламируемый его другом как первый продукт компании Apple Computer Company. Apple 1 считается первым ПК, поставляемым в готовом виде.

Apple 1

На самом деле у устройства не было ни монитора, ни клавиатуры (предусматривалась возможность их подключения). Зато была полностью укомплектованная монтажная плата, на которой находилось 30 микросхем. У «Альтаир 8800» и других поступивших на рынок устройств и этого не было, их надо было собирать из набора. Первоначально у Apple 1 была почти «адская» цена в 666, 66 долларов, однако год спустя она была снижена до 475 долларов. Позже была выпущена дополнительная плата, которая позволяла записывать данные на кассетный магнитофон. Она стоила 75 долларов.

Первый домашний компьютер массового производства в СССР

С 80-х годов XX века в Болгарии начали выпускать компьютер под названием «Правец». Это был клон второй версии Apple. Еще одним клоном, входящим в линейку «Правец», был «советский» IBM PC, базировавшийся на процессорах Intel 8088 и 8086. Более поздним клоном Oric Atmos была «домашняя» модель «Правец 8D» в небольшом корпусе и со встроенной клавиатурой. Она выпускалась с 1985 по 1992 годы. Компьютеры «Правец» стояли во многих школах Советского Союза.

Желающие собрать себе домашний компьютер могли воспользоваться инструкциями в журнале «Радио» 1982-83 гг. и воспроизвести модель под названием «Микро-80». Она базировалась на микропроцессоре КР580ВМ80, аналогичном Intel i8080.

В 1984 году в Советском Союзе появился компьютер «Агат», достаточно мощный по сравнению с западными моделями. Объем ОЗУ составлял 128 КБ, что вдвое превышало объем оперативной памяти у моделей Apple начала 80-х годов двадцатого века. Компьютер выпускался в нескольких модификациях, имел внешнюю клавиатуру с 74 клавишами и черно-белый либо цветной экран.

Производство «Агатов» шло до 1993 года.

Компьютеры современности

В наши дни современные компьютерные технологии меняются очень быстро. современности в миллиарды раз превосходят своих предков. Каждая компания хочет удивить и так пресыщенных пользователей, и до сих пор многие преуспевают в этом. Вот лишь некоторые из основных тем за последние годы:

• Ноутбук, оказавший важное влияние на развитие индустрии: Apple Macbook (2006 год).
• Смартфон, оказавший важное влияние на развитие индустрии: Apple iPhone (2007 год).
• Планшет, оказавший важное влияние на развитие индустрии: Apple iPad (2010 год).
• Первые «умные часы»: Pulsar Time Computer (1972 год). Их можно увидеть на руке Джеймса Бонда в боевике «Живи и дай умереть» 1973 года.

И, конечно же, различные игровые консоли: Playstation, Xbox, Nintendo и т. д.

Мы живем в интересное время (хотя это и звучит как китайское проклятие). И кто знает, что ждет в ближайшем будущем. Нейронные компьютеры? Квантовые компьютеры? Поживем-увидим.

Дать однозначный ответ на вопрос «Кто изобрёл компьютер?» на самом деле не так просто. Как и в случае со многими другими изобретениями, свой вклад в появление компьютера внесли многие люди, работавшие в разных странах, да и на вопрос, какое же устройство, собственно, достойно называться первым компьютером, можно дать разные варианты ответов. Итак, в этом посте — про изобретателей компьютера.

Что такое компьютер? С одной стороны, компьютер считается разновидностью вычислительной техники, но важной его особенностью должна быть возможность не просто выполнять вычисления, пусть и сложные, но выполнять некую произвольно заданную программу. Т. е. устройства, предназначенные для решения лишь определённых задач, не подходят под определение компьютера, компьютер — это универсальное устройство для вычислений, которое можно запрограммировать.

История компьютеров начинается в 19 веке. В 1808 г. французский ткач Жозеф Мари Жаккар (или Жаккард) изобретает ткацкий станок, способный не просто производить ткань, а делать ткань с произвольными узорами. Фактически это был программируемый станок. Узор задавался при помощи пластинок с дырочками, просверленными в определённом порядке — перфокарт.

Перфокарты для станка Жаккара

В 1832 г. русский изобретатель Семён Николаевич Корсаков публикует проект специальных машин для обработки информации при помощи перфокарт. Фактически, это были машины для работы с базами данных. Однако изобретение не получило официальной поддержки, комиссия, рассматривавшая проект, высказала мнение, что «Г-н Корсаков потратил слишком много разума на то, чтобы научить других обходиться без разума».

Кто же придумал проект первого программируемого вычислительного устройства, т. е. компьютера? Этим человеком был англичанин Чарльз Бэббидж . Бэббидж был крайне разносторонним человеком, но известен прежде всего проектами вычислительных машин. В 1822 году он построил машину для расчётов логарифмических таблиц, эта машина стала позднее известна как малая разностная. Затем Бэббидж решил построить полномасштабную версию разностной машины, получил от правительства субсидию, но не уложился ни в сроки, ни в размеры финансирования. Вместо первоначальных трёх лет и 1500 фунтов стерлингов Бэббидж потратил 11 лет и 17000 фунтов, но так и не достроил машину. Лишь в 1991 к двухсотлетию Бэббиджа в Лондоне построили-таки работающую версию этой разностной машины.

Разностная машина Бэббиджа

Разностная машина — довольно сложное, но всё же узкоспециализированное вычислительное устройство. Назвать её компьютером нельзя. Однако в процессе работы над разностной машиной Бэббидж разработал проект ещё более сложной и универсальной аналитической машины, которая была, по сути, механическим компьютером. В этой машине был блок для хранения чисел, а сама она могла выполнять вычисления по программе, записанной на перфокартах. Увы, машина была слишком сложной и даже сегодня энтузиасты так и не решились её воспроизвести.

В 19м и начале 20го века развитие вычислительной техники продолжалось, но она всё ещё предназначалась для узкоспециализированных вычислений. В 1936 году английский математик Алан Тьюринг описал абстрактную машину, пригодную для произвольных вычислений. Описанная машина получила название машина Тьюринга. Фактически, Тьюринг определил критерии, по которым можно было определить, является ли вычислительная машина универсальной.

Алан Тьюринг

К концу 30-х существовали две возможности для постройки вычислительных машин. Более привычными были электромеханические машины, сочетающие электрические и механические элементы. Они считали очень медленно — одна операция могла занимать несколько секунд. Но в это время появилась и другая концепция — использовать в качестве элементов вакуумные лампы. Машины на вакуумных лампах — электронные — могли считать намного быстрее, но лампы были дорогими и не очень надёжными и часто перегорали.

Первые компьютеры появились между концом тридцатых и концом сороковых. Вопрос только в том, какое же устройство считать первым настоящим компьютером? Рассмотрим кандидатов.

1) Машины Конрада Цузе

Конрад Цузе был немецким инженером, по своей инициативе занявшимся разработкой вычислительных машин. В 1938 г. он на свои деньги разработал и построил первую электромеханическую машину, названную Z1, реализовал в ней возможность программирования, но она работала ненадёжно. В 1939 г. началась вторая мировая война и Цузе призвали на фронт, откуда ему удалось вернуться и создать вторую версию своей машины — Z2, а в начале 1941 — Z3. Вероятно, эти машины были первыми реально работавшими электромеханическими компьютерами. В 1941 Цузе вновь призвали на фронт. Как он ни доказывал руководству вермахта важность своих компьютеров, его не хотели слушать. Лишь после вмешательства фирмы Хеншель, выпускавшей самолёты, где Цузе ранее работал инженером, ему всё-таки разрешили вернуться к работе над своими вычислительными машинами. Предполагалось, что они будут использоваться для расчётов аэродинамических параметров самолётов. Руководство вермахта, впрочем, без энтузиазма отнеслось к разработкам и не видя в них особой ценности, финансировало очень неохотно. Следующую модель — Z4 Цузе закончил только после войны. В 1950 г. он продал эту модель в Швейцарию.

Z3 (восстановленная копия) в немецком музее

Z3 могла считывать программу с перфоленты и выполнять вычисления в соответствии с ней. Однако эта машина была электромеханической, поэтому работала очень медленно и не могла исполнять в явном виде команд условного перехода, которые считаются важной составляющей компьютерной программы. Можно ли считать Z3 первым в мире компьютером, а Конрада Цузе — его изобретателем? Некоторые считают, что да, некоторые — нет.

2) Компьютер Атанасова-Берри

В 1942 г. американский математик болгарского происхождения Джон Атанасов и помогавший ему инженер Клиффорд Берри построили первую на 100% электронную вычислительную машину без механических частей. Эта машина не была универсальной и предназначалась в основном для решения линейных уравнений, тем не менее, именно её в 1973 г. Федеральный районный суд США признал «первым компьютером». Возможно, из этой машины получилось бы нечто большее, если бы Атанасов не был призван в американскую армию.

Компьютер Атанасова-Берри

3) Британские «Бомбы» и «Колоссы»

Во время второй мировой войны перед англичанами встала задача расшифровки немецких сообщений. Взломать немецкие шифры вручную было невозможно. Тогда англичане прибегли к помощи вычислительных машин.

В 1940 г. в Великобритании по проекту Алана Тьюринга была построена первая электромеханическая вычислительная машина для расшифровки немецкого кода «Энигма». Она получила название «Бомба». Одна такая машина весила 2,5 тонны и для того, чтобы расшифровать как можно больше сообщений, к 1944 году англичане построили 210 таких машин.

«Бомба»

Но для передачи важных сообщений немцы использовали другой, ещё более сложный код «Лоренц». Для его расшифровки был спроектирован и построен (в количестве 10 штук) мощный электронный компьютер под названием «Колосс». Он был программируемой и довольно мощной для своего времени, но всё же не универсальной, а узкоспециализированной машиной. Спроектировал «Колоссы» и руководил их постройкой английский инженер Томми Флауэрс .

4) ЭНИАК

Переносимся в США. В 1943 г. учёные из Пенсильванского университета Джон Мокли и Джон Экерт задумали построить мощный электронный компьютер. Предполагалось, что его будут использовать в основном для расчётов артиллерийских таблиц — нудной и кропотливой работы, которая была поручена университету американской армией. Прежде таблицы рассчитывали люди с арифмометрами, и это отнимало у них много времени. Устройство назвали ЭНИАК (англ. ENIAC), сокращение от «Электронный числовой интегратор и вычислитель», и он мог производить расчёты в 2400 раз быстрее, чем человек с арифмометром.

ЭНИАК

ЭНИАК был построен к осени 1945 г. Он содержал более 10 тыс. электронных ламп, весил около 27 тонн и потреблял 150 кВт электроэнергии. К этому времени острая необходимость в расчётах артиллерийских таблиц отпала, и компьютер стали использовать и для других целей, например, для расчётов взрыва водородной бомбы, аэродинамики сверхзвуковых самолётов, прогноза погоды.

ЭНИАК без особых оговорок можно считать настоящим компьютером. Это была полностью электронная универсальная вычислительная машина, которая в полной мере продемонстрировала потенциал компьютеров. Кроме того ЭНИАК стал первым широко известным компьютером, информация о машинах Цузе и Атанасова всплыла позднее, а британские дешифровальные компьютеры были засекречены (и почти все уничтожены) по приказу Черчилля. Так что звание первого в мире компьютера ЭНИАК, вероятно, заслужил.

Всё же работать с ЭНИАКом было ещё не очень удобно. Программирование компьютера осуществлялось путём изменения положения кабелей и переключателей, и подготовка к расчётам часто занимала значительно больше времени, чем сами расчёты. Ещё до окончания работы американский математик Джон фон Нейман предложил использовать для будущих компьютеров архитектуру, предполагавшую хранения команд и данных в памяти. Эта архитектура стала основой при разработке последующих компьютеров.

Подведём итоги и ответим, наконец, кто изобрёл компьютер. К изобретению и созданию первых компьютеров так или иначе причастны:

1. Чарльз Бэббидж — автор первого проекта (механического) компьютера;
2. Алан Тьюринг — описал схему универсальной вычислительной машины, конструктор британского дешифровального электромеханического компьютера «Бомба»;
3. Конрад Цузе — создатель первого электромеханического программируемого компьютера;
4. Джон Атанасов — создатель первого электронного непрограммируемого компьютера;
5. Томми Флауэрс — конструктор британского дешифровального электронного компьютера «Колосс»;
6. Джон Мокли и Джон Экерт — конструкторы первого универсального электронного компьютера ЭНИАК;
7. Джон фон Нейман — один из участников разработки первых американских компьютеров, предложил архитектуру, лежащую в основе устройства всех современных компьютеров.

Одним из первых устройств (V-IV вв. до н.э.), с которых, можно считать, началась история развития компьютеров, была специальная доска, названная впоследствии «абак». Вычисления на ней проводились перемещением костей или камней в углублениях досок из бронзы, камня, слоновой кости и тому подобное. В Греции абак существовал уже в V в. до н.э., у японцев он назывался «серобаян», у китайцев — «суанпань». В Древней Руси для счета применялось устройство, похожее на абак, — «дощаный счет». В XVII веке этот прибор принял вид привычных российских счетов.

Абак (V-IV вв. до н.э.)

Французский математик и философ Блез Паскаль в 1642 г. создал первую машину, получившую в честь своего создателя название — Паскалина. Механическое устройство в виде ящика со многими шестернями кроме сложения выполняла и вычитание. Данные вводились в машину с помощью поворота наборных колесиков, которые отвечали числам от 0 до 9. Ответ появлялся в верхней части металлического корпуса.

В 1673 году Готфрид Вильгельм Лейбниц создал механическое счетное устройство (ступенчатый вычислитель Лейбница — калькулятор Лейбница), которое впервые не только складывало и вычитало, а еще умножало, делило и вычисляло квадратный корень. Впоследствии колесо Лейбница стало прототипом для массовых счетных приборов — арифмометров.

Английский математик Чарльз Бэббидж разработал устройство, которое не только выполняло арифметические действия, но и сразу же печатало результаты. В 1832 г. была построена десятикратно уменьшенная модель из двух тысяч латунных деталей, которая весила три тонны, но была способна выполнять арифметические операции с точностью до шестого знака после запятой и вычислять производные второго порядка. Эта вычислительная машина стала прообразом настоящих компьютеров, называлась она дифференциальной машиной.

Суммирующий аппарат с непрерывной передачей десятков создает российский математик и механик Пафнутий Львович Чебышев. В этом аппарате достигнута автоматизация выполнения всех арифметических действий. В 1881 году была создана приставка к суммирующему аппарату для умножения и деления. Принцип непрерывной передачи десятков широко использовался в различных счетчиках и вычислительных машинах.

Автоматизированная обработка данных появилась в конце прошлого века в США. Герман Холлерит создал устройство — Табулятор Холлерита — в котором , нанесенная на перфокарты, расшифровывалось электрическим током.

В 1936 году молодой ученый из Кембриджа Алан Тьюринг придумал мысленный счетный аппарат-компьютер, который существовал только на бумаге. Его «умная машина» действовала по определенному заданному алгоритму. В зависимости от алгоритма, воображаемая машина могла применяться для самых разнообразных целей. Однако в то время это были чисто теоретические рассуждения и схемы, которые послужили прототипом программируемого компьютера, как вычислительного устройства, которое обрабатывает данные в соответствии с определенной последовательностью команд.

Информационные революции в истории

В истории развития цивилизации произошло несколько информационных революций — преобразований социальных общественных отношений вследствие изменений в области обработки, сохранения и передачи информации.

Первая революция связана с изобретением письменности, что привело к гигантскому качественному и количественному скачку цивилизации. Появилась возможность передачи знаний от поколений к поколениям.

Вторая (середина XVI в.) революция вызвана изобретением книгопечатания, которое радикально изменило индустриальное общество, культуру, организацию деятельности.

Третья (конец XIX в.) революция с открытиями в области электричества, благодаря чему появились телеграф, телефон, радио, устройства, которые позволяют оперативно передавать и накапливать информацию в любом объеме.

Четвертая (с семидесятых годов XX в.) революция связана с изобретением микропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессорах и интегральных схемах создаются компьютеры, системы передачи данных (информационные коммуникации).

Этот период характеризуют три фундаментальные инновации:

• переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным;
• миниатюризация всех узлов, устройств, приборов, машин;
• создание программно-управляемых устройств и процессов.

История развития компьютерной техники

Потребность в хранении, преобразовании и передачи информации у человека появилась значительно раньше, чем был создан телеграфный аппарат, первая телефонная станция и электронная вычислительная машина (ЭВМ). Фактически весь опыт, все знания, накопленные человечеством, так или иначе, способствовали появлению вычислительной техники. История создания ЭВМ — общее название электронных машин для выполнения вычислений — начинается далеко в прошлом и связана с развитием практически всех сторон жизни и деятельности человека. Сколько существует человеческая цивилизация, столько времени используется определенная автоматизация вычислений.

История развития компьютерной техники насчитывает около пяти десятилетий. За это время сменилось несколько поколений ЭВМ. Каждое следующее поколение отличалось новыми элементами (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы), технология изготовления которых была принципиально иной. В настоящее время существует общепринятая классификация поколений ЭВМ:

• Первое поколение (1946 — начало 50-х гг.). Элементная база — электронные лампы. ЭВМ отличались большими габаритами, большим потреблением энергии, малым быстродействием, низкой надежностью, программированием в кодах.
• Второе поколение (конец 50-х — начало 60-х гг.). Элементная база — полупроводниковые . Улучшились по сравнению с ЭВМ предыдущего поколения практически все технические характеристики. Для программирования используются алгоритмические языки.
• 3-е поколение (конец 60-х — конец 70-х). Элементная база — интегральные схемы, многослойный печатный монтаж. Резкое снижение габаритов ЭВМ, повышение их надежности, увеличение производительности. Доступ с удаленных терминалов.
• Четвёртое поколение (с середины 70-х — конец 80-х). Элементная база — микропроцессоры, большие интегральные схемы. Улучшились технические характеристики. Массовый выпуск персональных компьютеров. Направления развития: мощные многопроцессорные вычислительные системы с высокой производительностью, создание дешевых микроЭВМ.
• Пятое поколение (с середины 80-х гг.). Началась разработка интеллектуальных компьютеров, которая пока не увенчалась успехом. Внедрение во все сферы компьютерных сетей и их объединение, использование распределенной обработки данных, повсеместное применение компьютерных информационных технологий.

Вместе со сменой поколений ЭВМ менялся и характер их использования. Если сначала они создавались и использовались в основном для решения вычислительных задач, то в дальнейшем сфера их применения расширилась. Сюда можно отнести обработку информации, автоматизацию управления производственно-технологическими и научными процессами и многое другое.

Принципы работы компьютеров Конрада Цузе

Идея о возможности построения автоматизированного счетного аппарата пришла в голову немецкому инженеру Конраду Цузе (Konrad Zuse) и в 1934 г. Цузе сформулировал основные принципы, на которых должны работать будущие компьютеры:

• двоичная система счисления;
• использование устройств, работающих по принципу «да / нет» (логические 1 / 0);
• полностью автоматизированный процесс работы вычислителя;
• программное управление процессом вычислений;
• поддержка арифметики с плавающей запятой;
• использование памяти большой емкости.

Цузе первым в мире определил, что обработка данных начинается с бита (бит он называл «статусом да / нет», а формулы двоичной алгебры — условными суждениями), первым ввел термин «машинное слово» (Word), первым объединил в вычислители арифметические и логические операции, отметив, что «элементарная операция компьютера — проверка двух двоичных чисел на равенство. Результатом будет тоже двоичное число с двумя значениями (равно, не равно)».

Первое поколение — ЭВМ с электронными лампами

Colossus I — первая вычислительная машина на лампах, созданная англичанами в 1943 г., для раскодирования немецких военных шифров; она состояла из 1800 электронных ламп — устройств для хранения информации — и была одним из первых программируемых электронных цифровых компьютеров.

ENIAC — был создан для расчета артиллерийских таблиц баллистики; этот компьютер весил 30 тонн, занимал 1000 квадратных футов и потреблял 130-140 кВт электроэнергии. Компьютер содержал 17468 вакуумных ламп шестнадцати типов, 7200 кристаллических диодов и 4100 магнитных элементов, и содержались они в шкафах общим объемом около 100 м 3 . ENIAC имел производительность 5000 операций в секунду. Общая стоимость машины составляла $ 750 000. Потребность в потребления электричества — 174 кВт, общее занимаемое пространство — 300 м 2 .

Еще один представитель 1-го поколения ЭВМ, на который следует обратить внимание, это EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer). EDVAC интересен тем, что в нем была сделана попытка записывать программы электронным способом в так называемых «ультразвуковых линиях задержки» с помощью ртутных трубок. В 126 таких линиях было возможно сохранять 1024 строк четырехзначных двоичных чисел. Это была «быстрая» память. В качестве «медленной »памяти предполагалось фиксировать числа и команды на магнитном проводе, однако этот метод оказался ненадежным, и пришлось вернуться к телетайпным лентам. EDVAC работал быстрее своего предшественника, сложение занимало 1 мкс, деление — 3 мкс. Он содержал всего 3,5 тыс. электронных ламп и располагался на 13 м 2 площади.

UNIVAC (Universal Automatic Computer) представлял собой электронное устройство с программами, хранящимися в памяти, которые вводились туда уже не с перфокарт, а с помощью магнитной ленты; это обеспечивало высокую скорость чтения и записи информации, а, следовательно, и более высокое быстродействие машины в целом. Одна лента могла содержать миллион символов, записанных в двоичной форме. Ленты могли хранить и программы, и промежуточные данные.

Второе поколение — ЭВМ на транзисторах.

Транзисторы пришли на смену электронным лампам в начале 60-х годов. Транзисторы (которые действуют как электрические переключатели), потребляя меньше электроэнергии и выделяя меньше тепла, занимают и меньше места. Объединение нескольких транзисторных схем на одной плате дает интегральную схему (chip — «щепка», «стружка» буквально, пластинка). Транзисторы это счетчики двоичных чисел. Эти детали фиксируют два состояния — наличие тока и отсутствие тока, и тем самым обрабатывают информацию, представленную им именно в таком двоичном виде.

В 1953 г.. Уильям Шокли изобрел транзистор с p — n переходом (junction transistor). Транзистор заменяет электронную лампу и при этом работает с большей скоростью, выделяет очень мало тепла и почти не потребляет электроэнергию. Одновременно с процессом замены электронных ламп транзисторами совершенствовались методы хранения информации: как устройства памяти стали применяться магнитные сердечники и магнитные барабаны, а уже в 60-е годы получило распространение хранение информации на дисках.

Один из первых компьютеров на транзисторах — Atlas Guidance Computer — был запущен в 1957 г. и использовался при управлении запуском ракеты Atlas.

Созданный в 1957 г.. RAMAC был недорогим компьютером с модульной внешней памятью на дисках, комбинированным оперативным запоминающим устройством на магнитных сердечниках и барабанах. И хотя этот компьютер еще не был полностью транзисторным, он отличался высокой работоспособностью и простотой обслуживания и пользовался большим спросом на рынке средств автоматизации делопроизводства в офисах. Поэтому для корпоративных заказчиков срочно выпустили уже «большой» RAMAC (IBM-305), для размещения 5 Мбайт данных системе RAMAC нужно было 50 дисков диаметром 24 дюйма. Созданная на основе этой модели информационная система безотказно обрабатывала массивы запросов на 10 языках.

В 1959 году IBM создала свой первый полностью транзисторный большой универсальный компьютер модели 7090, способный выполнять 229 тыс. операций в секунду — настоящий транзисторный мэйнфрейм. В 1964 году на основе двух 7090-х мейнфреймов американская авиакомпания SABRE впервые применила автоматизированную систему продажи и бронирования авиабилетов в 65 городах мира.

В 1960 году DEC представила первый в мире миникомпьютер — модель PDP-1 (Programmed Data Processor, программируемый процессор данных), компьютер с монитором и клавиатурой, который стал одним из самых заметных явлений на рынке. Этот компьютер был способен выполнять 100 000 операций в секунду. Сама машина занимала на полу всего 1,5 м 2 . PDP-1 стал, по сути, первой в мире игровой платформой благодаря студенту MIT Стиву Расселу, который написал для него компьютерную игрушку Star War!

В 1968 году Digital впервые наладила серийное производство мини-компьютеров — это был PDP-8: цена их была около $ 10000, а размером модель была холодильник. Именно эту модель PDP-8 смогли покупать лаборатории, университеты и небольшие предприятия.

Отечественные компьютеры того времени можно охарактеризовать так: по архитектурным, схемным и функциональных решений они соответствовали своему времени, но их возможности были ограничены из-за несовершенства производственной и элементной базы. Наибольшей популярностью пользовались машины серии БЭСМ. Серийное производство, достаточно незначительное, началось выпуском ЭВМ «Урал-2» (1958), БЭСМ-2, « Минск-1» и « Урал-3» (все — 1959 г.). В 1960 г. пошли в серию « М-20» и «Урал-4». Максимальной производительностью в конце 1960 располагал «М-20» (4500 ламп, 35 тыс. полупроводниковых диодов, память на 4096 ячеек) — 20 тыс. операций в секунду. Первые компьютеры на полупроводниковых элементах («Раздан-2», «Минск — 2», «М-220» и «Днепр») находились еще в стадии разработки.

Третье поколение — малогабаритные ЭВМ на интегральных схемах

В 50-х и 60-х годах сборка электронного оборудования представляла трудоемкий процесс, который замедлялся возрастающей сложностью электронных схем. Так, например, компьютер типа CD1604 (1960 , Control Data Corp.) , содержал около 100 тыс. диодов и 25 тыс. транзисторов.

В 1959 американцы Джек Сент Клэр Килби (фирма Texas Instruments) и Роберт Н. Нойс (фирма Fairchild Semiconductor) независимо друг от друга изобрели интегральную схему (ИС) — совокупность тысяч транзисторов, размещенных на одном кристалле кремния внутри микросхемы.

Производство компьютеров на ИС (микросхемами их стали называть позже) было гораздо дешевле, чем на транзисторах. Благодаря этому многие организации смогли приобрести и освоить такие машины. А это, в свою очередь, привело к росту спроса на универсальные ЭВМ, предназначенные для решения различных задач. В эти годы производство компьютеров приобрело промышленные масштабы.

В это же время появляется полупроводниковая память, которая и по сей день используется в персональных компьютерах.

Четвертое поколение — персональные компьютеры на процессорах

Предшественниками IBM PC были Apple II, Radio Shack TRS-80, Atari 400 и 800, Commodore 64 и Commodore PET.

Рождения персональных компьютеров (ПК, PC) с полным основанием связывают с процессорами Intel. Корпорация была основана в середине июня 1968 г. с тех пор Intel превратилась в крупнейшего в мире производителя микропроцессоров с числом сотрудников более 64 тысяч. Целью Intel было создание полупроводниковой памяти и, чтобы выжить, фирма стала брать и сторонние заказы на разработку полупроводниковых устройств.

В 1971 г.. Intel получила заказ на разработку набора из 12 микросхем для программируемых микрокалькуляторов, но инженерам Intel создание 12 специализированных чипов показалось громоздким и неэффективным. Задача сокращения номенклатуры микросхем была решена путем создания «спарки» с полупроводниковой памяти и исполнительного устройства, способного работать по командам, хранящимся в ней. Это был прорыв в философии создания вычислительных средств: универсальное логическое устройство в виде 4-разрядного центрального процессорного устройства i4004, который позже был назван первый микропроцессором. Он представлял собой набор из 4 чипов, в числе которых был один чип, управляемый командами, которые хранились в полупроводниковой внутренней памяти.

Как коммерческая разработка, микрокомпьютер (так тогда называлась микросхема) появился на рынке 11 ноября 1971 под названием 4004: 4 битный, содержащий 2300 транзисторов, тактовая частота 60 кГц, стоимость — $ 200. В 1972 г. компания Intel выпустила восьмибитный микропроцессор 8008, а в 1974 г. — его усовершенствованную версию Intel-8080, которая к концу 70-х годов стала стандартом для микрокомпьютерной индустрии. Уже в 1973 году во Франции появляется первый компьютер на базе процессора 8080 — Micral. По разным причинам этот процессор не имел успеха в Америке (в Советском Союзе он был скопирован и выпускался долгое время под названием 580ВМ80). Тогда же группа инженеров ушла из Intel и образовала фирму Zilog. Наиболее громким ее продуктом является Z80, который имеет расширенный набор команд 8080 и, что обеспечило его коммерческий успех для бытовых приборов, обходился одним напряжением питания 5В. На его основе был создан, в частности, компьютер ZX-Spectrum (иногда его называют по имени создателя — Sinclair), ставший практически прообразом Home PC середины 80-х. В 1981 г. Intel выпускает 16-разрядный процессор 8086 и 8088 — аналог 8086, за исключением внешней 8-битной шины данных (вся периферия тогда была еще 8-битной).

Конкурент Intel, компьютер Apple II отличался тем, что не был вполне законченным аппаратом и оставалась некоторая свобода для доработки непосредственно пользователем — можно было устанавливать дополнительные интерфейсные платы, платы памяти и др. Именно эта особенность, которую впоследствии стали называть «открытой архитектурой», стала его основным преимуществом. Успеху Apple II способствовали еще две новинки, разработаные в 1978 году. Недорогой накопитель на гибких дисках, и первая программа для коммерческих расчетов — электронная таблица VisiCalc.

Большой популярностью в 70-х годах пользовался компьютер Altair-8800, построенный на основе процессора Intel -8080. Хотя возможности Altair были довольно ограничены — оперативная память составляла всего 4 Kb, клавиатура и экран отсутствовали, его появление было встречено с большим энтузиазмом. Он был выпущен на рынок в 1975 году, и в первые месяцы было продано несколько тысяч комплектов машины.

Этот компьютер, разработанный фирмой MITS, продавался по почте в виде набора деталей для самостоятельной сборки. Весь комплект для сборки стоил $ 397, тогда как только один процессор от Intel продавался за $360.

Распространение ПК к концу 70-х годов привело к некоторому снижению спроса на большие ЭВМ и мини-ЭВМ — фирма IBM в 1979 выпустила IBM PC на базе процессора 8088. Существующее в начале 80-х годов программное обеспечение было ориентировано на обработку текстов и простых электронных таблиц, а сама мысль о том, что «микрокомпьютер» может стать привычным и необходимым устройством на работе и дома, казалась невероятной.

12 августа 1981 года IBM представила Personal Computer (PC), ставший, в сочетании с программным обеспечением от Microsoft, стандартом для всего парка ПК современного мира. Цена модели IBM PC с монохромным дисплеем составила около $3.000, с цветным — $6.000. Конфигурация IBM PC: процессор Intel 8088 с частотой 4,77 МГц и 29 тысячами транзисторов, 64 Кб оперативной памяти, 1 флоппи-дисковод емкостью 160 Кб, — обычный встроенный динамик. В это время запуск приложений и работа с ними были настоящей мукой: из-за отсутствия жесткого диска приходилось все время менять дискеты, не было ни «мыши», ни графического оконного пользовательского интерфейса, ни точного соответствия между изображением на экране и конечным результатом (WYSIWYG). Цветная графика была крайне примитивна, о трехмерной анимации или фотообработке не было и речи, однако история развития персональных компьютеров началась именно с этой модели.

В 1984 году IBM представила еще две новинки. Во-первых, была выпущена модель для домашних пользователей, названная PCjr на базе процессора 8088, котрая была оснащена едва ли не первой беспроводной клавиатурой, но успеха на рынке эта модель не добилась.

Вторая новинка — IBM PC AT. Важнейшая особенность: переход на микропроцессоры более высоких уровней (80286 с цифровым сопроцессором 80287) с сохранением совместимости с предыдущими моделями. Этот компьютер оказался законодателем стандартов на много лет вперед в целом ряде отношений: здесь впервые появилась 16-разрядная шина расширений (остающаяся стандартной и по сей день) и графические адаптеры EGA с разрешением 640х350 при глубине представления цвета 16 бит.

В 1984 г. состоялся выпуск первых компьютеров Macintosh с графическим интерфейсом, манипулятором «мышь» и многими другими атрибутами пользовательского интерфейса, без которых не мыслятся современные настольные компьютеры. Пользователей новый интерфейс не оставил равнодушными, но революционный компьютер не был совместим ни с прежними программами, ни с аппаратными компонентами. А в тогдашних корпорациях уже стали нормальными рабочими инструментами WordPerfect и Lotus 1-2-3. Пользователи уже привыкли и приспособились к символьному интерфейса DOS. С их точки зрения, Macintosh выглядел даже как-то несерьезно.

Пятое поколение компьютеров (с 1985 и по наше время)

Отличительные признаки V -го поколения:

1. Новые технологии производства.
2. Отказ от традиционных языков программирования таких, как Кобол и Фортран в пользу языков с повышенными возможностями манипулирования символами и с элементами логического программирования (Пролог и Лисп).
3. Акцент на новые архитектуры (например, на архитектуру потока данных).
4. Новые способы ввода-вывода, удобные для пользователя (например, распознавание речи и образов, синтеза речи, обработка сообщений на естественном языке)
5. Искусственный интеллект (то есть автоматизация процессов решения задач, получения выводов, манипулирования знаниями)

Именно на рубеже 80-90-х сформировался альянс Windows-Intel. Когда в начале 1989 г. Intel выпустила микропроцессор 486, производители компьютеров не стали дожидаться примера со стороны IBM или Compaq. Началась гонка, в которую вступили десятки фирм. Но все новые компьютеры были чрезвычайно похожи друг на друга — их объединяла совместимость с Windows и процессоры от Intel.

В 1989 г. был выпущен процессор i486. Он имел встроенный математический сопроцессор, конвейер и встроенный кэш первого уровня.

Направления развития компьютеров

Нейрокомпьютеры можно отнести к шестому поколению ЭВМ. Несмотря на то, что реальное применение нейросетей началось относительно недавно, нейрокомпьютингу как научному направлению пошел седьмой десяток лет, а первый нейрокомпьютер был построен в 1958 году. Разработчиком машины был Фрэнк Розенблатт, который подарил своему детищу имя Mark I.

Теория нейронных сетей впервые была обозначена в работе МакКаллока и Питтса в 1943 г.: любую арифметическую или логическую функцию можно реализовать с помощью простой нейронной сети. Интерес к нейрокомпьютингу снова вспыхнул в начале 80-х годов и был подогрет новыми работами с многослойным перцептроном и параллельными вычислениями.

Нейрокомпьютеры — это ПК, состоящих из множества работающих параллельно простых вычислительных элементов, которые называют нейронами. Нейроны образуют так называемые нейросети. Высокое быстродействие нейрокомпьютеров достигается именно за счет огромного количества нейронов. Нейрокомпьютеры построены по биологическим принципу: нервная система человека состоит из отдельных клеток — нейронов, количество которых в мозгу достигает 10 12 , при том, что время срабатывания нейрона — 3 мс. Каждый нейрон выполняет достаточно простые функции, но так как он связан в среднем с 1 — 10 тыс. других нейронов, такой коллектив успешно обеспечивает работу человеческого мозга.

В оптоэлектронных компьютерах носителем информации является световой поток. Электрические сигналы преобразуются в оптические и обратно. Оптическое излучение в качестве носителя информации имеет ряд потенциальных преимуществ по сравнению с электрическими сигналами:

• Световые потоки, в отличие от электрических, могут пересекаться друг с другом;
• Световые потоки могут быть локализованы в поперечном направлении нанометровых размеров и передаваться по свободному пространству;
• Взаимодействие световых потоков с нелинейными средами распределено по всей среде, что дает новые степени свободы в организации связи и создания параллельных архитектур.

В настоящее время ведутся разработки по созданию компьютеров полностью состящих из оптических устройств обработки информации. Сегодня это направление является наиболее интересным.

Оптический компьютер имеет невиданную производительность и совсем другую, чем электронный компьютер, архитектуру: за 1 такт продолжительностью менее 1 наносекунды (это соответствует тактовой частоте более 1000 МГц) в оптическом компьютере возможна обработка массива данных около 1 мегабайта и больше. К настоящему времени уже созданы и оптимизированы отдельные составляющие оптических компьютеров.

Оптический компьютер размером с ноутбук может дать пользователю возможность разместить в нем едва ли не всю информацию о мире, при этом компьютер сможет решать задачи любой сложности.

Биологические компьютеры — это обычные ПК, только основанные на ДНК-вычислений. Реально показательных работ в этой области так мало, что говорить о существенных результатах не приходится.

Молекулярные компьютеры — это ПК, принцип действия которых основан на использовании изменении свойств молекул в процессе фотосинтеза. В процессе фотосинтеза молекула принимает различные состояния, так что ученым остается только присвоить определенные логические значения каждом состояния, то есть «0» или «1». Используя определенные молекулы, ученые определили, что их фотоцикл состоит всего из двух состояний, «переключать» которые можно изменяя кислотно-щелочной баланс среды. Последнее очень легко сделать с помощью электрического сигнала. Современные технологии уже позволяют создавать целые цепочки молекул, организованные подобным образом. Таким образом, очень даже возможно, что и молекулярные компьютеры ждут нас «не за горами».

История развития компьютеров еще не закончена, помимо совершенствования старых, идет и разработка совершенно новых технологий. Пример тому квантовые компьютеры — устройства, работающие на основе квантовой механики. Полномасштабный квантовый компьютер — гипотетическое устройство, возможность построения которого связана с серьезным развитием квантовой теории в области многих частиц и сложных экспериментов; эта работа лежит на передовом крае современной физики. Экспериментальные квантовые компьютеры уже существуют; элементы квантовых компьютеров могут применяться для повышения эффективности вычислений на уже существующей приборной базе.